MIT 연구진이 기존 회로 위에 여러 기능 부품을 적층할 수 있는 새로운 제작 방법을 개발하여 에너지 효율이 높은 전자기기 생산을 가능하게 했습니다. 기존 회로에서는 논리 장치와 메모리 장치가 별도로 제작되어 데이터가 서로 이동하는 과정에서 에너지가 낭비되었습니다. 이 새로운 전자소자 집적 플랫폼은 반도체 칩 위에 트랜지스터와 메모리 장치를 하나로 통합하여 에너지를 절약하고 계산 속도를 높일 수 있도록 합니다.
에너지 효율적인 전자소자를 위한 새로운 통합 플랫폼
MIT의 연구팀은 전통적인 회로 설계의 한계를 극복하기 위해 새로운 전자소자 통합 플랫폼을 제안했습니다. 일반적으로, 트랜지스터와 메모리 장치는 별도의 구성 요소로 제작되어 있기 때문에 데이터 이동 시 불필요한 에너지 소모가 발생합니다. 하지만 이 플랫폼은 트랜지스터와 메모리 장치를 하나의 긴 밀집형 회로로 통합하여 데이터 전송 거리를 줄이고 에너지 효율을 높입니다.
기존 CMOS 칩은 일반적으로 능동 부품이 만들어지는 전면과 서로 연결되는 와이어와 금속 결합을 포함한 후면으로 나뉘어 있습니다. 데이터가 이 와이어를 통해 이동할 때 일부 에너지가 잃어지며, 약간의 비대칭 정렬이 성능을 저하시킬 수 있습니다. MIT 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 능동 구성 요소를 칩의 후면에 적층하는 기술을 개발하였습니다. 이는 에너지 효율성을 높이는 데 기여하게 됩니다.
연구팀은 불규칙한 열처리 없이 기존 회로에서 손상 없이 새로운 소재인 비정질 인듐 산화물을 이용하여 후면에 능동 부품으로서의 트랜지스터를 극소형으로 제작하였습니다. 이러한 접근은 칩 뒤쪽의 낮은 온도에서 트랜지스터를 성장시킬 수 있어 기존 구조를 보호하면서 새로운 기능을 추가할 수 있게 해줍니다.
최적화된 제작 공정으로 성능 강화
안정적인 성능을 얻기 위해, MIT 연구진은 매우 조밀한 두께인 약 2nm의 인듐 산화물 층을 성공적으로 제작하기 위한 최적화된 제작 공정을 개발하였습니다. 트랜지스터가 작동하기 위해서는 몇 가지 결함이 필요하지만, 결함이 과도하면 제대로 작동하지 않게 됩니다. 따라서 연구팀은 결함을 최소화하여 높은 성능의 트랜지스터를 제작할 수 있었습니다.
이 방법을 통해 제작된 새로운 후면 트랜지스터는 단 20nm 크기로 메모리를 통합하여, 스위칭 속도가 단 10나노초를 기록하게 되었습니다. 이와 같은 고속 스위칭 과정은 기존 장치보다 훨씬 낮은 전압에서 작동하며, 결과적으로 전력 소모를 줄이는 데 기여합니다. 이러한 작은 메모리 트랜지스터는 페로일렉트릭 하프늄-지르코늄 산화물의 물리적 특성을 연구하는 플랫폼으로도 활용될 수 있습니다.
연구진은 앞으로 이러한 후면 트랜지스터와 메모리를 하나의 회로에 통합하고, 트랜지스터 성능을 더욱 향상시키는 방법을 탐구할 계획입니다. 이러한 노력을 통해 에너지 효율과 다양한 기능성을 지닌 소형 장치의 개발이 가능할 것으로 기대됩니다.
지속 가능한 기술 혁신을 위한 새로운 채널
MIT의 혁신적인 연구는 AI와 데이터 중심 컴퓨팅의 미래를 더욱 지속 가능하게 만드는 데 필수적인 기술로 자리 잡을 것입니다. Yanjie Shao 연구원은 "AI와 같은 데이터 중심 컴퓨팅의 에너지를 최소화해야만 지속 가능한 미래를 확보할 수 있다"고 강조하였습니다. 이와 같은 통합 플랫폼은 이러한 목표를 달성하기 위한 중요한 진전을 의미합니다.
현재 개발된 반도체 기술은 전자 기기의 에너지 효율을 향상시키는 데 기여하며, 차세대 기능을 추가할 수 있는 뛰어난 가능성을 보여줍니다. 향후 연구팀은 더욱 나아가 이러한 트랜지스터의 특성을 세밀하게 제어하여 새로운 응용 분야를 찾아낼 예정입니다.
MIT 연구진이 개발한 이 새로운 에너지 효율 전자소자 집적 기술은 반도체 산업의 성장을 가속화하고 전 세계적으로 전력 소비 감소에 기여할 것으로 기대됩니다. 앞으로도 이들의 연구를 통해 붙임제품의 성능과 다기능성 향상이 이루어지길 바랍니다.